中央空調(diào)節(jié)能系統(tǒng)集成化管理在高鐵站的應(yīng)用

陳永順

摘 要：近年來(lái)，我國(guó)高鐵技術(shù)高速前進(jìn)，高鐵站遍布全國(guó)。中央空調(diào)新技術(shù)飛速發(fā)展可以促進(jìn)高鐵站的節(jié)能減排。本文就中央空調(diào)節(jié)能系統(tǒng)的集成化管理的發(fā)展背景和意義，以及其相關(guān)實(shí)際案例進(jìn)行分析和討論。

關(guān)鍵詞：中央空調(diào)節(jié)能；系統(tǒng)集成化管理；高鐵站的應(yīng)用

中圖分類號(hào)：R197 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

低碳節(jié)能的中央空調(diào)在高鐵上的運(yùn)用已日趨成熟，高鐵站的設(shè)計(jì)、建設(shè)在發(fā)展過(guò)程中對(duì)中央空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能減排效果愈加重視。根據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)顯示，中央空調(diào)系統(tǒng)的能耗約占一整個(gè)大型建筑的總能耗的40%以上，高鐵站作為一個(gè)人流量天天保持巨大的服務(wù)型建筑物，需要重點(diǎn)考慮如何在中央空調(diào)穩(wěn)定高效調(diào)節(jié)站內(nèi)溫度的情況下，還能夠?qū)崿F(xiàn)最小化的能源消耗和廢棄物排放。中央空調(diào)是高鐵站里一個(gè)必不可少的公共設(shè)施，不斷增加低碳節(jié)能是高鐵站的中央空調(diào)系統(tǒng)的要求，是保證社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益三者綜合效益的需要。因此，實(shí)現(xiàn)中央空調(diào)節(jié)能系統(tǒng)集成化管理在高鐵站的應(yīng)用值得深入研究。

1.中央空調(diào)節(jié)能系統(tǒng)集成化管理應(yīng)用于高鐵站的概況

1.1 中央空調(diào)節(jié)能系統(tǒng)集成化管理應(yīng)用于高鐵站的背景

首先，我們可以直觀地感受到生活中的高鐵站越建越多，服務(wù)效果愈加人性化和舒適化，其中不可或缺的一項(xiàng)公共設(shè)備就是一套優(yōu)質(zhì)的中央空調(diào)節(jié)能系統(tǒng)。一套完整的中央空調(diào)系統(tǒng)主要由制冷機(jī)、冷卻水循環(huán)系統(tǒng)、冷凍水循環(huán)系統(tǒng)、風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)和散熱水塔組成。組成部件較多，所以必須進(jìn)行有序的集成化管理制，提高節(jié)能減排效果。冷機(jī)通過(guò)壓縮機(jī)將制冷劑壓縮成液態(tài)后送蒸發(fā)器中與冷凍水進(jìn)行熱交換，由冷卻水泵將帶來(lái)熱量的冷卻水泵到散熱水塔上由水塔風(fēng)扇對(duì)其進(jìn)行噴淋冷卻，與大氣之間進(jìn)行熱交換，將熱量散發(fā)到大氣中去，實(shí)現(xiàn)“冬暖夏涼”。現(xiàn)存的中央空調(diào)系統(tǒng)大部分存在著時(shí)滯性、非線形、時(shí)變性、不確定性和強(qiáng)耦合性等多個(gè)缺點(diǎn)。針對(duì)這些誒缺點(diǎn)，研究人員和相關(guān)工作人員要知道不能再簡(jiǎn)單地把傳統(tǒng)的一些控制思路運(yùn)用到空調(diào)系統(tǒng)領(lǐng)域，而是必須要采用一種多變性的智能控制。

1.2 中央空調(diào)節(jié)能系統(tǒng)集成化管理應(yīng)用于高鐵站的意義

在理論和實(shí)踐中，智能樓宇應(yīng)該在建筑整體結(jié)構(gòu)、大小系統(tǒng)、服務(wù)質(zhì)量、管理層面上相對(duì)普通建筑要做到技術(shù)先進(jìn)、人性化、住戶體驗(yàn)佳地多。智能樓宇除了核心的5A系統(tǒng)外筑物以及附屬部分的管理和保護(hù)工作是十分必要的，也是保證企業(yè)效益的一個(gè)重要方面。同時(shí)也關(guān)乎普通民眾的生命以及財(cái)產(chǎn)安全。建筑業(yè)一直都是中國(guó)的一項(xiàng)極具市場(chǎng)潛力、蓬勃發(fā)展的行業(yè)，新型建筑不斷拔地而起、處處可見(jiàn)，國(guó)內(nèi)房?jī)r(jià)也基本是居高不下。建筑業(yè)內(nèi)必須順應(yīng)潮流，預(yù)測(cè)未來(lái)建筑的發(fā)展方向，積極地開(kāi)發(fā)先進(jìn)的智能樓宇建筑，同時(shí)配套充分利用互聯(lián)網(wǎng)等先進(jìn)技術(shù)的設(shè)備綜合管理系統(tǒng)。

2.中央空調(diào)節(jié)能系統(tǒng)集成化管理

2.1 中央空調(diào)節(jié)能系統(tǒng)能耗現(xiàn)狀分析

我國(guó)的高鐵站建設(shè)與時(shí)俱進(jìn)，同現(xiàn)代化的中央空調(diào)技術(shù)一起飛速向前發(fā)展。所以運(yùn)用先進(jìn)的中央空調(diào)節(jié)能系統(tǒng)的集成化管理進(jìn)行能耗分析并得出相應(yīng)適合的節(jié)能解決對(duì)策具有科學(xué)性，也是非常有必要的。候車室、售票廳、進(jìn)站口、出站口、辦公區(qū)、機(jī)房等區(qū)域都需要設(shè)置有中央空調(diào)系統(tǒng)，滿足乘客進(jìn)站、候車以及高鐵站工作人員的正常環(huán)境溫度和適度需求。大量高鐵站中央空調(diào)系統(tǒng)的調(diào)查結(jié)果表明，我國(guó)大部分正在運(yùn)營(yíng)中的高鐵站的空調(diào)能耗都相當(dāng)大，平均約占總能耗的60%，有一部分甚至高達(dá)80%。高鐵站空調(diào)泵組設(shè)備的運(yùn)行方式普遍采用恒定轉(zhuǎn)速運(yùn)行。由于空調(diào)設(shè)備的信息化集成水平并不高，所以大量高鐵站都未實(shí)現(xiàn)與客運(yùn)服務(wù)信息系統(tǒng)的集成控制。舉個(gè)例子，METASYS空調(diào)系統(tǒng)的集中控制系統(tǒng)自成體系存在信息孤立的問(wèn)題，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況難以進(jìn)行聯(lián)動(dòng)控制。在控制方式上，辦公區(qū)域能夠做到各區(qū)域獨(dú)立控制，客運(yùn)服務(wù)區(qū)域采用人工或系統(tǒng)集中控制。北京等大城市的高鐵站往往是全天24小時(shí)都保持運(yùn)行，部分小城市則是具有固定化的營(yíng)業(yè)期間。運(yùn)行期間如果空調(diào)設(shè)備恒定轉(zhuǎn)速運(yùn)行，能耗將一直保持在高水位。然而實(shí)際情況是運(yùn)行期間的各因素都是動(dòng)態(tài)的，波動(dòng)性時(shí)小時(shí)大。一部分高鐵站不能結(jié)合高鐵站的營(yíng)業(yè)時(shí)間、人員密度、站房、地域、季節(jié)等因素，也就是說(shuō)空調(diào)的實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)未與客運(yùn)的服務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行信息集成，需求供應(yīng)不平衡的最終結(jié)果就是導(dǎo)致空調(diào)能耗較大。

2.2 中央空調(diào)節(jié)能系統(tǒng)的節(jié)能對(duì)策

了解并借鑒歐美和日韓先進(jìn)的中央空調(diào)節(jié)能系統(tǒng)的集成化管理經(jīng)驗(yàn)，并且引進(jìn)它們的國(guó)際領(lǐng)先水平的高含量技術(shù)有利于我國(guó)的中央空調(diào)技術(shù)更上一層樓。上述已經(jīng)提到引起我國(guó)大部分高鐵站的中央空調(diào)系統(tǒng)不節(jié)能不減排的主要原因在于“供需不平衡”，所以我們首先要做的是更準(zhǔn)確更具體地了解并熟悉每個(gè)高鐵站具體的空調(diào)需求量。這也就要求一個(gè)節(jié)能預(yù)測(cè)專用軟件對(duì)高鐵站每天進(jìn)行能耗及節(jié)能預(yù)測(cè)、大數(shù)據(jù)采集和分析。通過(guò)客運(yùn)服務(wù)信息系統(tǒng)與空調(diào)系統(tǒng)的信息集成，根據(jù)客運(yùn)服務(wù)管理系統(tǒng)所掌握的車站營(yíng)業(yè)時(shí)間，實(shí)現(xiàn)辦公區(qū)域空調(diào)的開(kāi)關(guān)及溫度的自動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)營(yíng)業(yè)時(shí)間空調(diào)開(kāi)啟，非營(yíng)業(yè)時(shí)間空調(diào)關(guān)閉，減少運(yùn)行時(shí)間，提高運(yùn)行效率；在車站客運(yùn)服務(wù)區(qū)域，根據(jù)車站接發(fā)車、人員密度、站房設(shè)施等因素，自行調(diào)節(jié)空調(diào)的開(kāi)關(guān)和溫度，達(dá)到節(jié)能與旅客舒適度的最佳性能比，進(jìn)而達(dá)到節(jié)能目的。市場(chǎng)上已有的優(yōu)質(zhì)節(jié)能預(yù)測(cè)專用軟件為DCU-EMP，已經(jīng)運(yùn)用于南方地區(qū)的多個(gè)高鐵站進(jìn)行能耗及節(jié)能預(yù)測(cè)，并取得了很好的實(shí)際效果。而且，一個(gè)大型的高鐵站往往存在多個(gè)片區(qū)，整個(gè)冷源系統(tǒng)如果沒(méi)有實(shí)施科學(xué)的能源智能化管控平臺(tái)，而只是操作人員依靠工作經(jīng)驗(yàn)，每天人為對(duì)空調(diào)機(jī)房的設(shè)備進(jìn)行啟?？刂?，中央空調(diào)系統(tǒng)控制麻煩且控制不精確。集成化的中央空調(diào)節(jié)能系統(tǒng)管理既避免了能源浪費(fèi)，同時(shí)還可以減輕管理人員工作強(qiáng)度。

3.中央空調(diào)節(jié)能系統(tǒng)集成化管理應(yīng)用于高鐵站的實(shí)例

3.1 DCU SCADA800中央空調(diào)控制系統(tǒng)工作原理

中央空調(diào)節(jié)能系統(tǒng)的集成化管理發(fā)現(xiàn)節(jié)能效果差的主因包括冷卻水溫度未實(shí)現(xiàn)節(jié)能控制、冷卻塔未實(shí)現(xiàn)節(jié)能控制和中央空調(diào)整體系統(tǒng)運(yùn)行低利用率。高鐵站多個(gè)片區(qū)的冷卻泵要分別準(zhǔn)確地進(jìn)行工頻控制。浙江大沖公司的DCU SCADA800中央空調(diào)控制系統(tǒng)冷卻水回水溫度直接影響冷水主機(jī)能效，溫度過(guò)低會(huì)增加蒸發(fā)壓力，溫度過(guò)高會(huì)增加冷凝壓力，主機(jī)COP都會(huì)降低。高鐵站各個(gè)片區(qū)的中央空調(diào)冷凍水系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)都應(yīng)該實(shí)現(xiàn)合理的變流量控制，同時(shí)每天的人工手動(dòng)控制很難對(duì)主機(jī)進(jìn)行基于提高整體能效值（COP）的主機(jī)群控策略和主機(jī)工況優(yōu)化策略，必然造成中央空調(diào)能耗的浪費(fèi)。DCU SCADA800系統(tǒng)以滿足各區(qū)域的冷/熱量需求平衡為控制目標(biāo)，通過(guò)監(jiān)測(cè)各區(qū)域的實(shí)際冷/熱量需求動(dòng)態(tài)調(diào)整相應(yīng)的調(diào)節(jié)裝置，使各區(qū)域獲得所需求的冷/熱量，達(dá)到一種動(dòng)態(tài)的能量平衡，提高了節(jié)能效果。針對(duì)并聯(lián)水泵，在多臺(tái)水泵并聯(lián)運(yùn)行中，DCU SCADA800系統(tǒng)的泵組優(yōu)化組合控制技術(shù)是以控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)計(jì)算的負(fù)荷所需的水流量為控制目標(biāo)，并建立智能數(shù)學(xué)模型，推算出滿足該流量及壓力等條件下所需運(yùn)行的水泵臺(tái)數(shù)及輸出流量，使泵組消耗的功率達(dá)到最低，達(dá)到最佳的節(jié)能效果。動(dòng)態(tài)雙向變流量控制技術(shù)在空調(diào)二次泵系統(tǒng)中，DCU SCADA800中央空調(diào)能源管理控制系統(tǒng)通過(guò)動(dòng)態(tài)的調(diào)節(jié)一次循環(huán)側(cè)和二次循環(huán)側(cè)流量，達(dá)到冷量平衡，消除加減機(jī)產(chǎn)生的梯度流量，避免平衡管產(chǎn)生正向或逆向流量，保證空調(diào)使用效果的同時(shí)達(dá)到最佳節(jié)能效果。

3.2 DCU SCADA800中央空調(diào)控制系統(tǒng)關(guān)鍵作用

對(duì)中央空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備施行連鎖安全保護(hù)管制，即集成化管控系統(tǒng)對(duì)各個(gè)設(shè)備的開(kāi)、關(guān)機(jī)進(jìn)行連鎖順序管制，由此避免人為控制造成的能量浪費(fèi)和安全隱患。其中的具體措施包括對(duì)空調(diào)冷凍水流量進(jìn)行低限保護(hù)及流量調(diào)節(jié)速率保護(hù)。冷凍水流量過(guò)低時(shí)蒸發(fā)器會(huì)出現(xiàn)結(jié)冰現(xiàn)象，當(dāng)調(diào)節(jié)速率過(guò)快、流量過(guò)大時(shí)更甚者有高銅管破裂事故。DCU SCADA800中央空調(diào)控制系統(tǒng)就做了相關(guān)方面的改善，進(jìn)行冷凍水出水、冷卻水回水低溫保護(hù)，防止蒸發(fā)器內(nèi)冷凍水溫度過(guò)低造成結(jié)冰現(xiàn)象，減少壓縮機(jī)故障的情況。中央空調(diào)系統(tǒng)的最根本目的是保障系統(tǒng)的最不利點(diǎn)水質(zhì)、水量、水壓力、水溫參數(shù)數(shù)值的準(zhǔn)確性，既不要偏大也不要偏小。所以就研究對(duì)于冷凍水供、回水之間采用壓差保護(hù)的技術(shù)。壓差過(guò)低時(shí)，空調(diào)系統(tǒng)最不利點(diǎn)的冷凍水流量會(huì)不夠，壓差保護(hù)可以有效減少冷凍水管路中因負(fù)荷急劇下降或者是阻塞而造成的爆管現(xiàn)象。

結(jié)語(yǔ)

高鐵車站的中央空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)備復(fù)雜、環(huán)節(jié)繁多、隱蔽工程量大，對(duì)系統(tǒng)維護(hù)帶來(lái)很多困難，在節(jié)能環(huán)保等方面有大量細(xì)節(jié)值得探討與研究。本文從空調(diào)冷卻塔系統(tǒng)改進(jìn)進(jìn)行了探索，取得了一定的成效，在高鐵大型車站的同類設(shè)備的維護(hù)與節(jié)能方面，可以深入細(xì)致地開(kāi)展類似的實(shí)踐。

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